活性粉末混凝土在無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

活性粉末混凝土在無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1試驗(yàn)總結(jié)1.1預(yù)應(yīng)力配筋設(shè)計(jì)本試驗(yàn)采用8個(gè)無(wú)粘度預(yù)算草案混凝土支撐梁，長(zhǎng)2000mm，寬120mm150mm。根據(jù)不同的非預(yù)測(cè)膨脹情況，梁分為4組，每組2根。為了防止發(fā)生斜截面剪切破壞，保證斜截面有足夠強(qiáng)度，經(jīng)計(jì)算在兩加載點(diǎn)處配置直徑為4間距為100mm的箍筋，而在跨中兩集中荷載區(qū)段，箍筋間距為180mm。非預(yù)應(yīng)力筋鋼筋采用HPB235，預(yù)應(yīng)力筋線型為直線型，采用1根直徑為15.2mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，由于活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度很高，因此，不需進(jìn)行局部承壓設(shè)計(jì)。梁的配筋圖見(jiàn)圖1所示。1.2張拉過(guò)程及加載(1）撓度利用百分表測(cè)得，試驗(yàn)中8根預(yù)應(yīng)力試件撓度測(cè)點(diǎn)布置相同，每根試件共有5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別在三分點(diǎn)加載處、跨中處和兩端支座處各布置一個(gè)，加載過(guò)程中（張拉過(guò)程）記錄下各級(jí)百分表所示讀數(shù)，具體布置見(jiàn)圖2。(2）正式加載。(1)荷載分級(jí)。在荷載加至開(kāi)裂荷載計(jì)算值的90%之前，每級(jí)荷載取標(biāo)準(zhǔn)荷載的10%；當(dāng)荷載加至開(kāi)裂荷載計(jì)算值的90%后，每級(jí)加載取標(biāo)準(zhǔn)荷載的5%，直至第一條裂縫出現(xiàn)。開(kāi)裂后，每級(jí)加載取為標(biāo)準(zhǔn)荷載的10%；加載到達(dá)承載力試驗(yàn)荷載計(jì)算值的90%后，每級(jí)加載值取標(biāo)準(zhǔn)荷載值的5%。(2)每加一級(jí)，停歇10min。2反弧分析2.1預(yù)拉區(qū)混凝土變形曲線在張拉階段，試件在預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生反拱，張拉過(guò)程中通過(guò)百分表測(cè)量各級(jí)反拱值。圖4～7為每級(jí)張拉力與反拱值的曲線圖，從圖中可以看出，8根梁的張拉力-反拱曲線非常相似，在開(kāi)始階段都有一些彎折，這是由于鋼絞線的位置偏差引起的摩擦力的差異或錨具和鋼絞線還沒(méi)相互擠壓而產(chǎn)生細(xì)微的滑移，使得反拱值還不穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到一定的張拉力后，曲線呈現(xiàn)明顯的線性增長(zhǎng)，這說(shuō)明在試驗(yàn)張拉階段，預(yù)拉區(qū)混凝土沒(méi)有出現(xiàn)裂縫，構(gòu)件還處于彈性工作狀態(tài)，這與試驗(yàn)現(xiàn)象相符；從圖中還可以看出，每組梁的兩根梁的曲線都有不同的偏差，L1、L2、L3梁的兩曲線較近，說(shuō)明這幾組中兩根梁的預(yù)應(yīng)力損失較為接近。2.2混凝土反拱值計(jì)算梁預(yù)應(yīng)力引起的反拱值時(shí)，把預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力Np當(dāng)作外力作用在錨固位置。從構(gòu)件達(dá)到消壓彎矩到使用不開(kāi)裂，計(jì)算梁抗彎剛度時(shí)，采用全截面的換算慣性矩I0，由于梁反拱的擴(kuò)展，將降低梁的抗彎剛度，為方便計(jì)算，在整個(gè)撓度計(jì)算過(guò)程中采用不變的抗彎剛度即0.85EI0，由于在張拉階段頂部混凝土沒(méi)開(kāi)裂，計(jì)算反拱值時(shí)可用式（1）按材料力學(xué)的方法計(jì)算，計(jì)算過(guò)程見(jiàn)式（1）。試驗(yàn)測(cè)得混凝土彈性模量的平均值為Ec=4.23×104N/mm2。例如，L1-1反拱計(jì)算值：其他如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果：從表2可以看出，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值還是較吻合，因此，按規(guī)范取剛度為0.85EI0能較準(zhǔn)確的計(jì)算張拉階段的反拱值；由表中數(shù)據(jù)可知L2梁底非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋最高，試驗(yàn)中張拉階段的反拱值最低，說(shuō)明梁底非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋提高，反拱值降低，在張拉階段各材料均處在彈性受力階段，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量較大，配筋高的反拱值降低。3抗張力分析3.1活性粉末混凝土的市場(chǎng)荷載-撓度關(guān)系是受彎構(gòu)件剛度性能的重要反映，圖8～11為四組梁的荷載與撓度曲線，可以看出L2梁的荷載-撓度曲線與其他三組梁有較大的差異，主要因?yàn)長(zhǎng)2梁受拉區(qū)配置了兩條直徑為10的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，很好地限制了裂縫的開(kāi)展，同時(shí)也加強(qiáng)了梁的整體剛度。L1、L3、L4這三組梁的荷載-撓度曲線可以看作是三段直線組成，第一段直線由于荷載較小，梁處于開(kāi)裂前的彈性工作階段，而且由于反拱的存在第一段直線長(zhǎng)度比一般混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)，說(shuō)明鋼纖維活性粉末混凝土相比普通混凝土提高了梁的整體剛度，延長(zhǎng)了梁的彈性階段；但第二段直線長(zhǎng)度較短，說(shuō)明了混凝土一旦開(kāi)裂，混凝土沒(méi)有立即退出工作，還是承擔(dān)了一部分荷載但較小，而且第二段曲線的形狀變化較大，說(shuō)明混凝土的抗拉能力較離散不穩(wěn)定；第三段直線為預(yù)應(yīng)力鋼筋主要受力階段，各梁之間的曲線斜率大致相同只是進(jìn)入第三段直線的拐點(diǎn)有所不同，說(shuō)明配筋率較高時(shí)，延緩了非預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)入塑性階段的時(shí)間。L4相比L1和L3三段式曲線更加明顯且第二段曲線比L1更為平緩，一方面說(shuō)明混凝土的抗拉性能力好，另一方面也說(shuō)明非預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)加強(qiáng)梁的整體剛度發(fā)揮了一定的作用。L2梁配置了兩條直徑為10的非預(yù)應(yīng)力鋼筋，很好地限制了裂縫的開(kāi)展，同時(shí)也加強(qiáng)了梁的整體剛度。L2梁的荷載-撓度曲線較其他三組梁有明顯的三段式見(jiàn)圖12。第一段直線與其他三組梁相似，斜率較小，呈線增長(zhǎng)；L2梁的第二段直線與其他三組梁差異較大，構(gòu)件開(kāi)裂后，相比其他三組梁，L2梁的荷載主要由混凝土、非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋承擔(dān)，隨著荷載的增大，非預(yù)應(yīng)力筋達(dá)到屈服，荷載-撓度曲線進(jìn)入第三段直線，這階段主要受力情況與其他三組梁相似，由預(yù)應(yīng)力筋承受荷載。3.2試驗(yàn)梁的撓度與土壤力學(xué)計(jì)算開(kāi)裂前，試驗(yàn)梁整個(gè)截面都是有效的，與有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁一樣，按規(guī)范規(guī)定，取B=0.85EI0，按材料力學(xué)進(jìn)行計(jì)算：例如，L1-1撓度計(jì)算值：其他梁按照類(lèi)似的算法。試驗(yàn)梁跨中測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)彈性撓度與計(jì)算撓度值見(jiàn)表3。由上述表格可知，在開(kāi)裂前階段，L1梁按規(guī)范計(jì)算的撓度值與實(shí)測(cè)值較為吻合，因此，計(jì)算預(yù)應(yīng)力活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)在彈性工作階段的剛度時(shí)可以取與普通混凝土相同值0.85EI0。3.3影響強(qiáng)度的主要因素通過(guò)對(duì)四組梁的荷載與撓度曲線圖12進(jìn)行對(duì)比分析影響剛度（撓度）的主要因素。(1）配筋率p的影響無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋對(duì)約束裂縫開(kāi)展、控制變形的作用同一偏心壓力作用相近，無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的配筋率βp越大，預(yù)應(yīng)力度越大，偏心壓力增大，構(gòu)件的開(kāi)裂剛度亦增大。4鋼纖維活性粉末混凝土通過(guò)無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力RPC簡(jiǎn)支梁受彎試驗(yàn)研究，探討其受力性能的差別和影響因素，并對(duì)其相關(guān)的計(jì)算理論進(jìn)行分析，得出：(1）按規(guī)范公式計(jì)算的反拱值和開(kāi)裂前的撓度值與實(shí)測(cè)值基本吻合，對(duì)處于彈性工作階段的活性粉末混凝土構(gòu)件的剛度，可按規(guī)范取與普通混凝土相同的值為0.85EI。(2）鋼纖維活性粉末混凝土構(gòu)件的彈性階段比一般混凝土構(gòu)件的長(zhǎng)，說(shuō)明鋼纖維活性粉末混凝土相比一般混凝土提高了梁的整體剛度。(3）梁受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋提高，梁在張拉階段的反拱值降低。(4）提高梁受壓區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率能有效約束裂縫的發(fā)展，降低梁在加載階段的撓度。大量試驗(yàn)證明非預(yù)應(yīng)力有黏結(jié)鋼筋對(duì)控制裂縫的寬度與發(fā)展具有直接顯著的作用，也直接影響著構(gòu)件的開(kāi)裂剛度。由圖12的F-f曲線可見(jiàn)，開(kāi)裂前階段，四組梁的曲線幾乎重合，說(shuō)明在此階段，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用較小，更多是全截面承受荷載；梁開(kāi)裂后，第二段直線的斜率（即構(gòu)件開(kāi)裂后的剛度）與ρs（非預(yù)應(yīng)力筋配筋率）有很